Automação e Manufatura

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Automacao da Manufatura 
 
 
 
MAT IA T Ó IC 
 
 
 
 
 
 
 
 
Unidade: 
 
 
Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
 
 
 
Responsável pelo Conteúdo: 
Prof. Ms. Silvio Szafir 
 
Revisão Textual: 
Profa. Drª. Rosemary Toffoli 
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 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
 
 
ORIENTAÇÃO DE EST UDOS 
 
 
Olá caros alunos, 
 
Nesta unidade, vamos compreender o que é a Automação e a Manufatura. 
Inicialmente, conceituaremos esses termos e a automação em sistemas de 
produção, depois passaremos para um pouco da história sobre o assunto. Uma 
cronologia de alguns fatos relevantes na história da automação será apresentada. 
A seguir, discutiremos questões relacionadas à Manufatura Automatizada e 
Sistemas de Controle Industrial. 
Faremos também algumas indicações de leitura interessantes para que você 
compreenda melhor o que apresentamos no texto. 
Não deixe de fazer essas leituras, com certeza, você irá achá-las bem interessantes! 
 
 
 
 
 
 
A T E NÇ Ã O: Para um bom aproveitamento do curso, leia o 
material teórico atentamente antes de realizar as atividades. É 
importante também respeitar os prazos estabelecidos no 
cronograma. 
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CONTEXTUALIZAÇÃO 
 
 
A automação : de volta para o futuro! 
Você chega no ponto de ônibus e recebe a informação de que o seu 
transporte chegará na plataforma em 5 minutos. Caso queira, pode mandar uma 
mensagem de texto (SMS) via celular e obter uma lista dos horários aproximados 
das linhas de ônibus que passam naquele ponto. 
Acha que o relato acima é futurista ? Digno apenas de livros e filmes 
de ficção-científica ? Pois bem, mesmo na cidade de São Paulo, 
esses dois exemplos de informação e automação do transporte 
público são realidades já disponíveis em 2012 e faz parte dos 
recursos de controle e automação da frota de transporte na cidade. 
Ao retirar um produto da prateleira do supermercado, você passa o seu 
pacote no leitor de código de barras ao lado, no final do corredor, e fica sabendo o 
seu preço. Até aí, tudo normal e você já se acostumou com esse processo de 
automação comercial. 
Mas, é muito trabalhoso ter que ir até o leitor de código de barras; então, 
um sistema de transmissão de sinais de rádio-frequência para a identificação do 
dispositivo (RFID) permite que você monitore os itens que pegou, sem levá-los ao 
leitor. 
Mais um pouco, sua geladeira e sua máquina de lavar roupas terão os 
mesmos recursos e você poderá, por exemplo, ser informado que o iogurte 
guardado na sua geladeira venceu, ou que acabou o leite e ser avisado numa lista 
de compras, já indicando a sua marca de preferência. No caso da máquina de 
lavar roupas, ao colocar a sua calça jeans você não precisará colocar a quantidade 
adequada de sabão em pó (ou líquido), nem mesmo o tipo de lavagem, velocidade 
da centrifugação, ou temperatura da secadora. 
O sistema de controle da máquina irá reconhecer o dispositivo RFID na 
etiqueta eletrônica de sua calça jeans e, de forma automatizada, irá processar a sua 
lavagem. Bastando a você apertar o botão de iniciar o processo. 
Esse recurso pode não estar disponível na sua geladeira ou na sua máquina 
de lavar roupas ainda, mas está próximo o dia que você verá propaganda e 
disponibilidade do equipamento nas lojas de eletrodomésticos. 
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A tecnologia de automação residencial citada acima já está disponível, em 
testes ou operacional em determinados lugares e todo esse tipo de recurso já está 
disponível na automação da manufatura há vários anos. 
É uma questão de custos e disponibilidade, levá-lo ao consumidor final, 
além dos ambientes de fabricação e das fábricas automatizadas, daquele mundo de 
células e sistemas flexíveis de manufatura. 
E a diferença desse avanço tecnológico é cada vez menor entre a pesquisa, 
a aplicação na indústria de alta tecnologia e indústria de transformação, de 
processos e de fabricação mecânica até chegar ao consumidor final, considerado 
um mercado leigo, não técnico e de menor poder de investimento. 
As casas inteligentes e os sistemas residenciais automatizados já estão aí, 
instalados e operando. De acordo com as necessidades e o bolso do cliente e 
residência. 
A automação da manufatura opera exatamente o controle e o 
processamento desses recursos, de forma a permitir que a produção na indústria 
seja praticada de forma automática. Onde, idealmente, de um lado, entram as 
matérias primas e do outro saem os produtos acabados, manufaturados como os 
chamamos. 
Bem-vindo ao mundo da automação industrial ou da automação da 
manufatura como também é conhecido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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A MANUFATURA 
 
 
Manufatura, ou o ato de manufaturar, é oriundo da palavra latina “mano 
factu”, que significa feito-a-mão. 
 
 
A AUTOMAÇÃO 
 
 
Automação é um termo bastante empregado na manufatura. Dentro desse 
contexto, a automação pode ser definida como a tecnologia envolvida com a 
aplicação de sistemas mecânicos, eletrônicos e computadorizados para a operação e 
o controle da produção. 
 
 
OS SISTEMAS DE MANUFATURA 
 
 
Exemplos do uso da tecnologia de automação da produção, ou da 
automação da manufatura, ou da automação industrial, dando origem aos sistemas 
de manufatura incluem: 
 Máquinas ferramentas automáticas para processas componentes e peças. 
 Linha de transferência (transfer) automatizada e sistemas similares de 
produção sequencial. 
 Máquinas de montagem automáticas. 
 Robô industrial 
 Sistema automático de manuseio e armazenagem de material (transporte e 
logística). 
 Sistema automático de inspeção para controle da qualidade. 
 Controle realimentado e controle do processo computadorizado. 
 Sistemas computadorizados que automatizam os procedimentos de 
planejamento, coleta de dados e de decisão, atuando no suporte das 
atividades de manufatura. 
 
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1.1 - HISTÓRIA DA MANUFATURA E DA AUTOMAÇÃO 
 
 
O homem sempre procurou formas de facilitar a operação da manufatura, 
desde os processos artesanais até hoje em dia nos modernos processos industriais. 
Na era antiga, a invenção da roda, da polia, da alavanca, dispositivos de 
corte e de transporte e de transmissão de energia, como os carrinhos e a roda 
d’água pode ser observada até os dias atuais como história, ou implementada em 
versões modernas. 
Na idademédia, moinhos de vento foram precursores de processos de 
manufatura automatizados, aplicados, por exemplo, na moagem de grãos. 
Também como dispositivos automáticos surgem os relógios mecânicos. 
1765 é considerado um marco nos processos de manufatura, o pontapé 
inicial da Revolução Industrial, o invento de James Watt ao melhorar a eficiência 
da máquina a vapor. 
Um dos primeiros processos de automatização da manufatura, que ocorre 
durante a efervescência da Revolução Industrial, na Inglaterra, é a máquina de fiar 
criada por Sir Richard Arkwright em 1768 que 
aumentava, significativamente, a produtividade e era 
considerada avançada para a época. 
Pouco tempo depois, em 1793, um engenheiro 
norte-americano de nome Eli Whitney cria o 
descaroçador de algodão. 
Talvez a primeira máquina automática e 
reprogramável na história da manufatura tenha sido o 
Tear de Jacquard. 
Retrato de Jacquard (Fonte: wikipedia, Jul/2012) 
 
Idealizado por Joseph-Marie Jacquard, mecânico francês (1752-1834), que 
construiu em 1804 o primeiro tear totalmente automático comandado por um 
sistema de cartões perfurados. 
 
 
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Tear de Jacquard (Fonte: desconhecida) 
 
 
Mecanismo Jacquard no Musée des arts et métiers (Fonte: wikipedia, Jul/2012) 
 
No tear de Jacquard, o sistema de cartões perfurados ao passarem por um 
mecanismo leitor consistindo de um tambor giratório com agulhas é que ditava as 
ordens ao tear da combinação dos fios para criar a trama do tecido. Os furos eram 
a programação, ou desenho, que a tear iria gerar na criação do tecido. Para mudar 
o desenho da trama de tecelagem, era só mudar os cartões a serem lidos. 
O mesmo principio décadas depois seria aplicado nas máquinas operatrizes 
de comando numérico (CN) e comando numérico computadorizado (CNC). 
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Em 1876, durante a Centennial Exposition na Filadelfia, nos EUA, é 
apresentado o piano automático (Pianola). Esse tipo de dispositivo pneumático 
começa a aparecer em 1840 e provavelmente uma das primeiras patentes deva ser 
a do francês Claude Seytre de 1842, onde um rolo de papel perfurado é lido num 
dispositivo que controla os movimentos do piano. A partir daí vários outros 
inventores apresentam suas versões culminando com os diversos modelos 
apresentados em 1876. 
(Referência: http://www.pianolasociety.com/playerpianohistory.html, Jul/2012). 
 
Em 1913 surge a linha de montagem do Ford T, nos EUA. 
Em 1920 na cidade de Praga, na Tchecoslováquia, o escritor e diretor 
teatral Karel Capek encenou a peça “Os Robôs Universais de Rossum”. Na peça, 
um camponês e seu filho dão vida a seres autômatos (daí o nome robôs, no título) 
para que estes ajudem no trabalho do campo. Porém com o passar do tempo, os 
robôs de Rossum rebelam-se contra o seu criador. Em tcheco a palavra robota, de 
serviçal ou autômato deu origem à palavra em inglês robot para o que hoje 
definimos como robô ou autômato. 
Em 1924 é implementada na Inglaterra uma linha de transferência (transfer) 
mecanizada para componentes do motor de automóvel. 
O livro “Eu, Robô” de Isaac Asimov, lançado em 1950, marcou a história 
recente da robótica, quando foi introduzida as três leis da robótica. Asimov é o 
primeiro a fazer uso da palavra robot no inglês e foi quem enunciou as três leis que 
mais tarde foram aceitas por toda a comunidade científica e industrial como as três 
leis da robótica. Posteriormente Asimov incluiu uma 4ª lei, a lei zero. 
Em 1946, durante seus estudos no Boston College, Joseph Engelberger 
ouvia atento seu amigo Isaac Asimov contando com sua ficção científica profética 
como deveria ser o futuro. Isso estimulou o jovem estudante, principalmente a 
dedicar-se a estudos de problemas de controle industrial, parte da teoria de 
servomecanismos que nasceu durante a segunda guerra mundial. 
Em 1947, é atribuído ao engenheiro Delmar Harder, um especialista 
oriundo da produção da GM, que implementa na Ford a reorganização da 
manufatura de motores na planta de Rouge. É dito que entre 1945 e 1946 Harder 
cunhou o termo Automação (automation). (Referência: Ford Automates: 
Technology and Organization in Theory and Practice, Hounshell, D. A., 
Carnegie Mellon University – disponível em http:// 
www.thebhc.org/publications/BEHprint/v024n1/p0059-p0071.pdf) 
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Nesse mesmo período, surgem os primeiros computadores eletrônicos, a 
partir do ano de 1943. Em 1947 o transistor é inventado. 
Em 1952 surge o primeiro protótipo de uma máquina ferramenta de 
controle numérico. Em 1957 já estão disponíveis comercialmente os comandos 
numéricos (CN). 
Em 1956, Joseph Engelberger e George Devol se associam e com apoio 
financeiro da Consolidated Die-sel Electric Company começam a desenvolver o 
projeto do que seria o ajudante universal. O primeiro robô industrial, o Unimate, 
apareceu em 1961 quando realmente entrou em campo, numa fábrica da GM, 
para retirar peças de uma máquina de fundição sobpressão. 
Em 1959 surgem os primeiros circuitos integrados, os semicondutores 
miniaturizados. 
Em 1960 surgem os primeiros robôs. 
Em 1965 aparecem os circuitos integrados de larga-escala de integração (LSI). 
Em 1968 surgem os controladores lógicos programáveis. 
Na década de 1970 começam a aparecer os primeiros sistemas de 
manufatura integrados, a soldagem de carrocerias de automóveis através de robôs 
de solda. Surgem os microprocessadores e os robôs controlados pelos 
minicomputadores. 
Em 1973 aparece a primeira linguagem de computador para a programação 
de robôs industriais desenvolvida no Instituto de Pesquisa de Stanford. Em 1979 é 
introduzida comercialmente pela empresa Unimation a linguagem VAL de 
programação de robôs baseada no estudo de 1973. A Unimation é também a 
empresa que lançou o primeiro robô industrial, o Unimate. 
Surgem a tecnologia de grupo (GT, Group Technology) e os sistemas de 
flexíveis de manufatura (SFM, ou FMS na sigla em inglês). 
Na década de 1980 surgem os sistemas inteligentes e sistemas especialistas, 
como robôs inteligentes (assim chamados) quando integrados com sensores 
inteligentes (visão robótica, entre outros) e a formação das células flexíveis. 
Nas décadas seguintes, a consolidação de sistemas de manufatura 
integrados pelo computador (CIM, na sigla em inglês) entre outros recursos de 
automação, tornam-se presentes no dia a dia da manufatura industrial. 
 
 
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Para conhecer um pouco mais, veja o texto com a definição de 
robô e robótica (robot e robotics) do grupo de pesquisa de 
robótica da universidade do Texas em Austin. 
http://www.robotics.utexas.edu/rrg/learn_more/history/ 
 
 
 
1.2 - TIPOS DE AUTOMAÇÃO 
 
 
A automaçãorígida, altamente especializada, consequentemente com alto 
grau de automatismo, só se justifica para a produção de grandes séries, da ordem de 
dezenas de milhares de peças. A automação rígida leva a atingir níveis de 
produtividade muito elevados, contudo sua versatilidade é nula. 
Para séries curtas – onde, aliás, ainda existe um mercado enorme, mesmo no 
setor metal-mecânico, em séries de 50 peças ou menos, p.ex. – de algumas dezenas 
a algumas centenas de unidades, que necessitam de destreza e de inteligência 
humanas em numerosas intervenções no processo, a solução manual é adotada. 
Finalmente, quando a automação rígida não é economicamente viável e a 
solução manual não é tecnicamente aceitável, como p.ex. é: necessário aumentar a 
produtividade, diminuir o preço, tendo aumentado simultaneamente a qualidade e a 
homogeneidade dos produtos manufaturados, então, se requer um equipamento de 
produção automatizado, porém, flexível. Assim, p.ex., o investimento será 
amortizado nas séries curtas e médias, dos vários produtos fabricados pelo mesmo 
equipamento, mediante simples reprogramação. É na automação flexível que a 
robótica intervêm, através do conjunto de tecnologias que caracterizam a robótica 
industrial. 
Na automação flexível, os sistemas podem ainda ser diferenciados por níveis, 
em função do número de operações básicas do processo produtivo que eles 
englobam, podendo ir de um sistema simples como uma célula flexível de 
manufatura (Flexible Manufacturing System, FMS), para montagem, usinagem, 
soldagem, pintura, inspeção, ensaios et cetera, passando por diferentes níveis de 
integração, indo até o sistema de produção automatizado e integrado por 
computador (Computer Integrated Manufacturing, CIM). 
 
 
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1.3 - AUTOMAÇÃO + ROBÓTICA INDUSTRIAL: DEFINIÇÃO DE ROBÔ 
 
 
Há diversas definições formais de robô, o que não é de estranhar-se uma 
vez que os robôs e a robótica ainda são uma área em constante (permanente) 
evolução que pertence, mas ao mesmo tempo pode incluir (incrível!), a área de 
automação. Hoje é comum considerar o robô uma área da automação industrial. 
Ao menos os robôs manipuladores e os robôs móveis inseridos em processos 
industriais. Com o avanço da tecnologia e a migração dos robôs e a robótica em 
áreas antes discutidas apenas na ficção científica, como robôs companheiros e 
robôs cirúrgicos, entre outras, fica então, no ar, a pergunta: Qual a definição de 
robô? 
A seguir, algumas definições e como elas estabelecem um universo, mais ou 
menos restrito. 
1) Segundo a AFRI (Association Française de Robotique Industrielle): 
manipuladores modestos, efetuando automaticamente sequências de trabalho 
variáveis, ou mesmo fixas, devem ser denominados robôs. E mais ainda, a 
robótica deve englobar todas as novas adaptações em máquinas conhecidas e 
todas as máquinas desenvolvidas com base na utilização de técnicas modernas 
de controle, da informática e de novos sensores. Assim, os robôs industriais 
podem ser definidos como máquinas que conjugam a polivalência dos 
telemanipuladores e o elevado grau de automatismo das máquinas de controle 
numérico. Além disso, devem ter um grau de adaptabilidade que permita sua 
atuação numa vizinhança complexa e evolutiva, substituindo ou ampliando 
funções de ação do homem, constituindo um meio de produção extremamente 
versátil. 
Então, há no mercado alguma máquina que se enquadre nessa definição? 
2) O Robot Institute of America (RIA) deu uma definição menos restritiva, 
substituindo a noção de adaptação pela noção de reprogramação: “Um robô 
industrial é um manipulador multifuncional e reprogramável, concebido para 
mover cargas, peças, ferramentas, ou dispositivos especiais, segundo 
movimentos programados variáveis, para a execução de diversas tarefas”. 
3) O JIRA (Japan Industrial Robot Association) dá uma definição ainda menos 
restritiva, distinguindo os seguintes tipos de robôs industriais: robôs sequenciais 
(sequência fixa e sequência variável);robôs de ciclos programáveis (por 
aprendizagem e por linguagem); robôs inteligentes. Este último são máquinas ou 
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 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
agrupamento de máquinas capazes de se adaptarem às modificações de 
ambiente mediante sistemas evoluídos de controle, percepção, comunicação e 
decisão. Nos robôs inteligentes, deve-se ter um certo grau de autonomia e, deve-
se ainda, ser capaz de executar tarefas via interações com o ambiente. Estes 
robôs começam a aparecer, como o robô ASIMO da Honda, sendo pesquisado 
desde a década de 90. 
 
Ainda falando sobre definição, caberia perguntar: Quando robotizar? 
Sem responder a pergunta lançada, uma vez que exige, para cada processo 
industrial (ou automatizado, ou em vias de) um estudo de caso e uma análise, 
muitas vezes procurando obter onde está o ganho, no processo, na adoção de 
robôs, podemos comentar rapidamente, sobre a diferença da automação rígida, a 
solução manual e a automação flexível. 
 
(Fonte: Foto disponibilizada através do portal http://www.photobucket.com) 
 
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 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
 
2.1 - SISTEMAS DE PRODUÇÃO 
 
 
 
Foto disponibilizada através do portal Dreamstime.com 
 
Os sistemas de produção automatizados podem ser classificados em duas 
categorias básicas: automação fixa e automação programável. 
Nesse caso, duas categorias de produção em massa podem ser distinguidas: 
1. Produção em quantidade; 
2. Linha de produção sequencial. 
 
Na produção em quantidade há a produção em massa de peças unitárias ou 
peças de equipamentos que envolvem, tipicamente, máquinas padrão como 
prensas de estampagem. 
Na linha de produção sequencial há, tipicamente, várias estações de 
trabalho dispostas sequencialmente de forma a completar o produto. As estações 
de trabalho são geralmente constituídas de máquinas e/ou trabalhadores equipados 
com ferramentas especializadas. A disposição das estações é especificamente 
projetada para maximizar a eficiência. Seu layout é chamado de layout do produto 
e as estações de trabalho formam uma longa linha de produção ou numa série de 
segmentos de linha conectados, com o trabalho sendo geralmente movido, por 
cada estação, por esteiras transportadoras. 
Uma linha de montagem desse tipo, de linha de produção sequencial, a 
título de exemplificação, está normalmente associada à montagem de carros e de 
eletrodomésticos. 
“Um sistema de produção é um 
conjunto de pessoas, equipamentos e 
procedimentos organizados para 
realizar as operações de produção de 
uma empresa” 
Mikell P. Groover, engenheiro e professor da 
universidade Lehigh, é autor do livro Automação 
Industrial e Sistemas de Manufatura, 3ª Ed., 
Pearson. 
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 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
Tiposde instalações e layouts utilizados nos diferentes níveis de produção 
variam de acordo com a quantidade e a variedade do produto. 
Agora que vimos alguns tipos de produção, veremos alguns nomes de 
metodologias utilizadas como apoio ao projeto e à produção: 
 
CAD (Computer Aided Design) 
 Projeto Auxiliado por Computador 
 
CAE (Computer Aided Engineering) 
 Engenharia Auxiliada por Computador 
 
CAM (Computer Aided Manufacturing) 
 Manufatura Auxiliada pelo Computador 
 
CAPP (Computer Aided Process Planning) 
 Planejamento do Processo Auxiliado pelo Computador 
 
PPC (Production and Planning Control) 
Controle da Produção e Planejamento, ou Planejamento dos Recursos e 
Requerimentos de Manufatura 
 
CAQ (Computer Aided Quality Control) 
 Controle da Qualidade Auxiliado por Computador 
 
(Para conhecer um pouco mais, leia o texto que vai do 
capítulo 1 ao capítulo 5 do livro Automação Industrial e 
Sistemas de Manufatura 3ª edição – disponível na 
biblioteca virtual Pearson para alunos da Cruzeiro do Sul.) 
 
 
 
 
 
 
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 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
 
2.2 - OPERAÇÕES DE MANUFATURA 
 
 
Há algumas atividades básicas que devem ser manipuladas numa fábrica 
para converter matéria prima em produtos acabados. Limitando nossa abordagem 
para uma planta envolvida em fazer produtos discretos, as atividades fabris 
(operações de manufatura) são: 
1. Operações de processamento e montagens; 
2. Manipulação (movimentação) de material; 
3. Inspeção e teste e 
4. Controle e coordenação. 
 
As três primeiras atividades são atividades físicas que manipulam o produto 
conforme ele está sendo fabricado. As operações de processamento e montagem 
alteram a geometria, as propriedades e/ou a aparência da unidade produzida 
(unidade trabalhada). Eles adicionam valor ao produto. 
O produto deve ser movido de uma operação para a próxima, na sequência 
de manufatura e, ele deve ser testado e/ou inspecionado para garantir alta-
qualidade. É muitas vezes argumentado que essas atividades de manipulações de 
material (suas movimentações) e inspeções não adicionam valor ao produto. 
Entretanto, nosso ponto de vista é que esse valor é adicionado através da 
totalidade das operações de manufatura realizadas no produto. Operações 
desnecessárias, tais quais: processamento, montagem, movimentação de materiais 
ou inspeção, devem ser eliminadas da sequência de passos realizados para 
completar um dado produto. 
 
 
2.2.1 - OPERAÇÕES DE MONTAGEM E PROCESSAMENTO 
 
 
Processos de manufatura podem ser divididos em dois tipos básicos: 
1. Operações de processamento e 
2. Operações de montagem. 
 
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 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
Uma operação de processamento transforma um trabalho, num material, de 
um estágio de completude para um próximo estágio, mais avançado que é 
próximo ao produto ou a parte final desejada. Ele adiciona valor ao modificar a 
geometria, as propriedades ou a aparência do material inicial. De forma geral, 
operações de processamento são realizadas em partes trabalhadas discretas, mas 
algumas operações de processamento também são aplicáveis aos itens montados, 
como p.ex. podemos citar: pintura numa chapa de metal soldado na carroceria de 
um automóvel. Uma operação de montagem, submontagem ou algum outro termo 
referente a um processo específico de junção. 
 
 
2.3 - OPERAÇÕES ENTRE PRODUÇÃO E PRODUTO 
 
 
As companhias organizam suas operações de manufatura e seus sistemas de 
produção como uma função das particularidades de produtos que produzem. É 
instrutivo reconhecer que aí há certos parâmetros do produto que são 
influenciadores na determinação de como os produtos são manufaturados 
(produzidos). Vamos considerar quatro parâmetros chave, que são eles: 
1. Quantidade do produto; 
2. Variedade do produto; 
3. Complexidade da montagem do produto e 
4. Complexidade de partes individuais. 
 
Nós previamente discutimos no Cap. 1 sobre a quantidade produzida (da 
produção) e a variedade do produto (seção 1.1). Vamos desenvolver um conjunto 
de símbolos (nomes siglas) para representar estes importantes parâmetros. 
Primeiro, façamos ser Q = Quantidade produzida e P = Variedade do produto. 
Dessa forma poderemos discutir as relações entre quantidade produzida e 
variedade do produto como relação PQ. 
Q refere-se ao número de unidades de uma dada parte ou produto que são 
produzidos, p.ex., anualmente pela planta. Nosso interesse inclui tanto as 
quantidades de cada parte individual ou estilo (modelo) de produto e a quantidade 
total de todos os modelos. Vamos identificar cada parte ou modelo do produto 
usando o índice j, de forma que Qj = quantidade anual de um modelo j. Então 
façamos Qf = quantidade total de todas as partes ou produtos produzidos na 
fábrica. Qj e Qf estão relacionados, a seguir: 
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 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 



P
j
jf QQ
1
 Eq. (2.1) 
 
 P = número total das diferentes partes ou modelos do produto e 
 J = é o índice para identificação dos produtos, j = 1,2,...,P. 
 
P refere-se aos diferentes projetos de produtos ou tipos de produtos que são 
produzidos numa fábrica (planta). Ele é um parâmetro que pode ser contado e, 
dessa forma, nós poderemos reconhecer que as diferenças entre os produtos são 
grandes ou pequenas. 
Alta variedade é quando os produtos divergem substancialmente e baixa 
variedade é quando as mudanças nos produtos são mínimas ou sutis. Vamos 
dividir o parâmetro P em dois níveis, numa estrutura do tipo árvore, chamando-os 
de P1 e P2. P1 refere-se ao número de linhas distintas produzidas na fábrica e P2 
refere-se ao número de modelos numa linha de produto. P1 representa alta 
variedade de produtos e P2 é a baixa variedade. 
Exemplo 2.1: linhas de produtos P1 e modelos de produto P2. 
Considerar uma companhia especializada em produtos fotográficos de 
consumo. Ela produz apenas câmeras e projetores. Dessa forma P1 = 2. Na sua 
linha de câmeras são oferecidos 15 diferentes modelos e na linha de projetores há 
5 modelos diferentes. Assim, para câmeras, P2,1 = 15 e para projetores P2,2 = 5. A 
totalidade de modelos de produtos oferecidos é dada por: 
20515
2
1
,2
1
,2
1
 
 j
j
P
j
j PPP
 Eq. (2.2) 
 
 
 
 
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 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
 
2.3.1 - COMPLEXIDADE DO PRODUTO E DAS PARTES 
 
 
Quão complexo é cada produto produzido na planta? 
A complexidade de um produto é um tema complicado. Ela possui aspectos 
tanto quantitativos como qualitativos. Vamos trabalhá-la usando medidas 
quantitativas. 
Para um produto montado um possível indicador da complexidade do 
produto é o seu número de componentes – quanto mais partes, mais complexo é oproduto. Isto é facilmente demonstrado pela comparação dos números de 
componentes nas várias montagens de produtos, conforme mostra a tabela 2.4. 
Nossa lista demonstra que quanto mais componentes um produto possui, mais 
complexo ele tende a ser. 
Tabela 2.4 – Comparativo complexidade componentes de um produto 
Produto No. aprox. de componentes 
Lapiseira mecânica 10 
Rolamento de esferas 20 
Corrente de bicicleta 300 
Bicicleta 750 
Automóvel antigo (1930) 2000 
Automóvel moderno 20000 
Avião comercial (1930) 100000 
Avião comercial moderno 1000000 
Ônibus espacial 10000000 
 
Para um componente fabricado, uma possível medida da complexidade das 
partes é o número de passos de processamento necessários para produzi-lo. 
Um circuito integrado, que podemos tecnicamente considerar uma pastilha 
monolítica de silício com alterações químicas localizadas em sua superfície, 
necessita na casa da centena de passos de processamento na sua fabricação. 
Mesmo medindo apenas 9,00 mm de lado e 0,50 mm de espessura, sua 
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 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
complexidade está ordens de magnitude acima de uma arruela circular de 
diâmetro externo de 9,00 mm, estampada a partir de uma folha de aço inoxidável 
de 0,80mm de espessura num único passo. 
Na tabela 2.5 nós temos compilado uma lista de parte manufaturadas com o 
número típico de operações de processamento que cada uma aproximadamente 
requer. 
Tabela 2.5 – Comparativo da quantidade de operações em um produto 
Produto No. Operações 
Peça em plástico moldado 1 
Arruela (aço inoxidável) 1 
Arruela anodizada 2 
Peça fundida 3 
Bloco de motor V6 50 
Circuito integrado 75 
 
Portanto, temos que a complexidade da montagem de um produto é 
definida como o número de componentes distintos; fazendo np = o número de 
partes por produto. E, temos a complexidade do processamento de cada parte 
como o número de operações necessárias para realizá-la. Façamos no = o número 
de operações ou passos de processamento para produzir (fabricar) a parte em si. 
Podemos esboçar algumas distinções ao longo das plantas de produção 
com base em np e no. Como definido na tabela 2.6, três diferentes tipos de plantas 
podem ser identificados: fabricante de partes, planta (pura) de montagem e plantas 
integradas verticalmente. 
Tabela 2.6 – Distinção entre plantas pelos valores de np e no 
Tipo de planta np - no 
Produção de partes np = 1, no > 1 
Planta de montagem np > 1, no = 1 
Planta integrada, vertical np > 1, no > 1 
 
 
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 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
Vamos desenvolver algumas relações simples entre os parâmetros P, Q, np e 
no que indicam o nível de atividade de uma planta manufatureira. Nós iremos 
ignorar as diferenças entre P1 e P2, aqui. O número total de produtos produzidos 
anualmente numa planta é a somatória das quantidades individuais dos modelos 
de produtos, como expressado na equação anterior (2.1). Assumindo que os 
produtos são todos montados e que todas as partes dos componentes usadas 
nesses produtos são produzidas na planta (sem a aquisição de componentes), 
então o número total partes produzidas pela planta, por ano, é dado por: 



P
j
pjjpf nQn
1
 Eq. (2.3) 
 
 npf = número total de partes produzidas na fábrica (peças/ano); 
 Qj = quantidade anual de produtos, modelo j (produtos/ano); 
 npj = número de partes no produto j (peças/ano). 
 
Finalmente, se todas as partes são produzidas na planta (fábrica), então o 
número total de operações de processamento executadas (realizadas) pela planta é 
dado por: 



pjn
k
ojk
P
j
pjjof nnQn
11
 Eq. (2.4) 
 
nof = número total de ciclos de operação realizados na fábrica (operações/ano); 
nojk = número de operações de processamento para cada parte k, somada sobre o 
número de partes no produto j, npj. 
 
O parâmetro nof fornece um valor numérico do nível total da atividade na fábrica. 
Tentaremos simplificar o processo, para melhor conceituar a situação, 
assumindo que o número de modelos de produtos P é produzido em quantidades 
iguais Q, que todos os produtos possuem o mesmo número de componentes np e 
todos os componentes precisam de um número igual de passos de processamento 
no. Neste caso, o número total das unidades de produto produzidas na fábrica é 
dado por: 
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 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
QPQ f 
 Eq. (2.5) 
 
O número total de partes produzidas pela fábrica é dado por: 
 
pf nQPQ 
 Eq. (2.6) 
 
E o número total de ciclos de operações de manufatura realizados pela 
fábrica é dado por: 
 
opof nnQPn 
 Eq. (2.7) 
 
Usando estas equações simplificadas vamos considerar o seguinte exemplo: 
Exemplo 2.2 – Problemas de operação de manufatura e sistemas de produção. 
Considere uma companhia que projeta uma nova linha de produto e está 
planejando construir uma nova planta para manufaturar esta linha de produto. A 
nova linha consiste de 100 diferentes tipos de produtos e para cada tipo de 
produto a companhia quer produzir 10000 unidades anualmente. Os produtos 
possuem uma média de 1000 componentes cada e a média do número de passos 
de processamento necessários para casa componente é 10. Todas as partes serão 
produzidas na fábrica. Cada passo do processamento consome uma média de 1 
minuto. Determinar: 
A) Quantos produtos; 
B) Quantas partes; 
C) Quantas operações de produção serão necessárias por ano e 
D) Quantos trabalhadores serão necessários para a planta, se ela operar um 
turno por dia num ano de 250 dias. 
 
 
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 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
Solução: 
A) O número total de unidades a serem produzidas na fabrica é dado pela 
equação (2.5): 
6101100000010000100  QPQ f
produtos 
anualmente. 
B) O número total de partes produzidas é: 
96 1011000101  ppf nQPn
 
partes anualmente. 
C) O número de operações de produção, distintas, é: 
99 101010101  oppf nnQPn
operações. 10 bilhões!! 
D) Vamos tentar estimar o número de trabalhadores necessários. Primeiro, 
considere o tempo total para realizar estas operações. Se cada operação 
consome 
H
60
1
min1 
, o tempo total é 
HTT 667.666.166
60
1
1010.. 9 
. 
Se cada trabalhador trabalha 2000 H/ano (40H/semana x 50 
semanas/ano), então o número total de trabalhadores necessários é: 
333.83
2000
166666667
w
 trabalhadores. 
 
A fábrica no nosso exemplo é uma fábrica totalmente integrada. Ela poderia 
ser uma grande fábrica. O número de trabalhadores que calculamos é somente 
para os trabalhadores diretos. Inclua os trabalhadores indiretos, gerência e suporte 
e o número de empregados aumenta bem mais do que 100.000. “Imagine o 
estacionamento dela!” 
E, dentro da fábrica, os problemasde logística para lidar com todos os 
produtos, partes e operações seriam superativados. Nenhuma organização na sua 
sã consciência pode considerar construir e operar tal planta hoje em dia! 
Daí, é que podemos começar a observar e considerar a automação, no 
processo fabril. 
 
 
 
 
 
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2.3.2 - LIMITAÇÕES E CAPACIDADES DE UMA PLANTA 
MANUFATUREIRA 
 
Companhias não tentam criar um tipo de fábrica como o de nosso exemplo 
acima. No lugar, uma fábrica atual é projetada com uma missão muito mais 
específica. Sendo referida como uma “fábrica focada”, ela é uma planta 
(instalação) a concentrar-se num “limitado, conciso, gerenciável conjunto de 
produtos, tecnologias, volume e mercados”. Ela é um reconhecimento de que uma 
planta manufatureira não pode produzir qualquer coisa. Ela deve restringir seus 
produtos, limitar sua missão, para o escopo de produtos e atividades as quais pode 
competir, melhor. 
Seu tamanho é limitado, tipicamente, para aproximadamente 500 
trabalhadores, porém esse número pode variar, enormemente, para diferentes tipos 
de produtos e operações de manufatura. 
Vamos considerar como uma planta, ou sua “companhia matriz”, limita o 
escopo de suas operações de manufatura e sistemas de produção. Ao limitar o seu 
escopo, a planta efetiva um conjunto de decisões deliberativas sobre o que não 
irão tentar fazer. 
Certamente um caminho para limitar o escopo da planta é evitar ser uma 
fábrica totalmente integradora, no mínimo no que concerne nosso exemplo 2.2. 
No lugar, ela especializa-se em ser, ou uma produtora de partes, ou uma planta de 
montagem. Da mesma forma que decide o que não fazer; a planta também deve 
decidir sobre as tecnologias específicas, dos produtos e dos volumes as quais se 
especializará. Esta decisão define a capacidade manufatureira intencionada pela 
planta. 
Capacidade manufatureira refere-se às limitações técnicas e físicas de uma 
firma manufatureira e cada uma de suas plantas. Nós podemos identificar várias 
dimensões destas capacidades: 
1. Capacidade da tecnologia, adotada, do processo; 
2. Tamanho físico e peso do produto e 
3. Capacidade da produção. 
 
 
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Capacidade tecnológica do processo 
A capacidade tecnológica do processo de uma planta (ou companhia) é o 
seu conjunto de processos manufatureiros. Algumas plantas realizam operações de 
usinagem, outras que fazem laminação de rolos de aço e outras constroem 
automóveis. Uma planta de usinagem não pode laminar as folhas de aço e uma 
laminadora de bobinas de aço não pode construir carros. 
O recurso, inerente, que distingue tais plantas é o seu conjunto de processos 
e o que eles podem realizar. A capacidade tecnológica do processo está 
intimamente relacionada ao material sendo processado. Certos processos 
manufatureiros são moldados para outros materiais. Através da especialização em 
certos processos ou grupo de processos, a planta simultaneamente especializa-se 
num certo tipo de material ou grupo/conjunto de materiais. 
A capacidade tecnológica do processo inclui além do processo físico, a 
especificação necessária pelo pessoal da planta nestas tecnologias de 
processamento. Companhias são limitadas pelas suas disponibilidades de 
processos. Eles precisam focar no projeto e manufatura de produtos nos quais suas 
capacidades técnicas de processamento fornecem uma vantagem competitiva. 
Limitações físicas do produto 
Um segundo aspecto da capacidade manufatureira é imposto pelo produto 
(seu dimensionamento físico). Dada uma planta que possui certo conjunto de 
processos, há limitações de tamanho e peso nesses produtos, os quais podem ser 
inseridos na planta. Grandes, pesados produtos são de difícil movimentação. Para 
movimentar produtos, a planta tem de estar equipada com guindastes, pórticos, 
com larga capacidade de carga. Pequenas partes e produtos feitos em grandes 
quantidades podem ser movidos por uma esteira ou, p.ex., uma empilhadeira. A 
limitação do tamanho do produto e seu peso também são extensíveis às 
capacidades físicas dos equipamentos de manufatura. Máquinas de produção 
existem de diferentes tamanhos. Máquinas maiores podem ser usadas para 
processar partes grandes. Máquinas menores limitam o trabalho que pode ser 
processado. O conjunto de equipamentos de produção, movimentação de 
material, capacidades de armazenagem (estocagem) e tamanho da planta devem 
ser planejados para produtos que estejam numa certa faixa de peso e tamanho. 
 
 
 
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 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
Capacidade da produção 
Uma terceira habilitação na capacidade manufatureira da planta é a 
quantidade produzida num dado período de tempo (p.ex., mês ou ano). Esta 
limitação de quantidade é normalmente chamada de capacidade da planta ou 
capacidade de produção, que define a máxima taxa de produção pelo período que 
a planta quer atingir sob certas condições de operações assumidas. As condições 
de operação referem-se ao número de turnos por semana, horas por turno, níveis 
de gerência direta na planta e condições similares sob as quais a planta foi 
projetada para operar. Estes fatores representam entradas para a planta 
manufatureira. Dada essas entradas, quanta saída pode a fábrica produzir? 
A capacidade da planta é normalmente medida em termos das unidades de 
saída, como: toneladas de aço produzidas anualmente numa laminação de aço ou 
o número de carros produzidos por uma planta de montagem final. Nesses casos, 
as saídas são, mais ou menos, homogêneas. Nos casos onde as unidades de saída 
não são homogêneas, outros fatores podem ser medidos mais apropriadamente, 
tais como horas de trabalho disponibilizadas na capacidade produtiva de uma 
ferramentaria que produz uma variedade de peças. 
 
 
2.4 CONCEITOS DE PRODUÇÃO E MODELOS MATEMÁTICOS 
 
 
Um número de conceitos de produção é quantitativo, ou eles requerem uma 
abordagem quantitativa para medi-los. O propósito dessa seção é definir alguns 
destes conceitos. Nos capítulos subsequentes nós iremos nos referenciar nestes 
conceitos de produção, nas nossas discussões de tópicos específicos em automação 
e sistemas de produção. Os modelos desenvolvidos nessa seção são “ideais”, no 
sentido de que eles desconsideram algumas das realidades e complicações que 
estão presentes na fábrica. Por exemplo, nossos modelos não incluem o efeito das 
taxas de refugos (defeitos). Em algumas operações manufatureiras, a percentagem 
de refugos produzidos é grande o suficiente para advertidamente afetar a taxa de 
produção, a capacidade da planta e os custos do produto. A maioria desses itens 
será considerada nos últimos capítulos quando focaremos nos tipos específicos de 
sistemas de produção. 
 
 
 
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25 
 
 Unidade: Fundamentosde Manufatura e Automação 
 
 
2.4.1 TAXA DE PRODUÇÃO 
 
 
A taxa de produção para um processo individual ou operação de montagem 
é usualmente expressa como uma taxa horária, isto é, parte ou produtos por hora. 
Vamos considerar como essa taxa é determinada para os três tipos de produção: 
 Oficina; 
 Produção em lote 
 Produção em massa 
 
Para qualquer operação produtiva, o tempo do ciclo de operação Tc é 
definido como sendo o tempo que uma unidade trabalhada consome sendo 
montada ou processada. É o tempo entre uma unidade trabalhada iniciar o 
processamento (ou montagem) e quando a próxima unidade inicia. Tc é o tempo 
que uma parte individual consome na máquina, porém nem todo esse tempo é 
produtivo. Numa operação típica de processamento, como uma usinagem, Tc 
consiste de: 
1. tempo da operação de usinagem atual; 
2. tempo de manuseio da peça trabalhada e 
3. tempo de manuseio da ferramenta por peça trabalhada. 
 
Como uma equação, isso pode ser expresso como: 
thhoc TTTT 
 Eq. (2.8) 
 
Tc = tempo do ciclo de operação (minuto/peça); 
To = tempo da operação de processamento ou montagem atual (minuto/peça); 
Th = tempo de manuseio da parte ou produto (minuto/peça) e 
Tth = tempo de manuseio da ferramenta (minuto/peça). 
 
 
 
 
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26 
 
 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
O tempo de manuseio da ferramenta consiste do tempo consumido na troca 
de ferramentas, quando elas são trocadas (retiradas), o tempo de troca de uma 
ferramenta até a próxima, tempo de indexação da ferramenta para inserções 
indexáveis, ou para ferramentas num torno-revolver, ou numa furadeira de coluna, 
reposicionamento da ferramenta para o próximo passo e assim por diante. 
Algumas destas atividades de manuseio de ferramentas não ocorrem em todos os 
ciclos, portanto, elas podem ser espalhadas por sobre o número de partes, entre as 
suas ocorrências, para obter um tempo médio por peça trabalhada. 
Cada um dos termos: To, Th e Tth possuem seu análogo em outros tipos de 
produção de itens discretizados. Há um pedaço do ciclo quando a parte está, 
realmente, sendo processada (To). Há um pedaço quando a ferramenta está sendo 
ajustada ou trocada (Tth). Dessa maneira, podemos generalizar a equação (2.8) 
para cobrir a maioria das operações de processamento na manufatura. 
Vamos primeiro considerar o caso da produção em lote e então considerar a 
“oficina” e a produção em massa. Na produção em lote, o tempo para processar 
um lote consistindo de Q unidades trabalhadas é a soma do tempo de setup e o 
tempo de processamento, que é: 
 Eq. (2.9) 
 
 Tb = tempo de processamento do lote (minuto); 
 Tsu = tempo de setup para preparar o lote (minuto); 
 Q = quantidade do lote (peça) e 
 Tc = tempo de ciclo de operação por unidade trabalhada (minuto/ciclo). 
 
Nós assumiremos que uma unidade trabalhada é completada a cada ciclo, 
então a equação (2.9) deve ser ajustada de acordo. Dividindo o tempo do lote pela 
quantidade do lote, nós temos o tempo médio de produção por unidade 
trabalhada, Tp, para uma dada máquina: 
Q
T
T bp 
 
Eq. (2.10) 
 
A taxa média de produção para a máquina é simplesmente a recíproca do 
tempo de produção. Que é normalmente expresso como taxa horária. 
 
csub TQTT 
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 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
p
p
T
R
60

 
Eq. (2.11) 
 
 Rp = taxa de produção horária (peça/hora); 
 Tp = tempo (taxa) média de produção por minuto (minuto/peça) e 
a constante 60 converte minutos em hora. 
 
Para a produção numa “oficina”, quando a quantidade Q = 1, o tempo de 
produção por unidade trabalhada é a soma dos tempos dos ciclos de setup e 
operação: 
csup TTT 
 Eq. (2.12) 
 
Para produção numa “oficina” quando a quantidade Q > 1, então ela 
reverte para o caso de produção em lote discutido acima. 
Para quantidades do tipo produção em massa, podemos dizer que a taxa de 
produção iguala a taxa do ciclo da máquina (recíproca ao tempo do ciclo de 
operação) depois que a produção está ativa e os efeitos do tempo de setup tornar-
se insignificante. Isto é, como Q torna-se muito grande 
0,1 
Q
T
Q su
e, 
c
cp
T
RR
60

 Eq. (2.13) 
 
 Rc = taxa do ciclo de operação da máquina (peça/hora) e 
 Tc = tempo do ciclo de operação (minuto/peça). 
 
Para produção em massa em linha sequencial (fluxo), a taxa de produção 
aproxima-se da taxa do ciclo da linha de produção, novamente negligenciando 
(desconsiderando-se) o tempo de setup. Entretanto, a operação da linha de 
produção e complicada pela interdependência das estações de trabalho na linha. 
Uma complicação é a de que é normalmente impossível dividir o trabalho total 
igualmente ao longo de todas as estações de trabalho na linha. Portanto uma 
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 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
estação terminará com o mais longo tempo de operação e esta estação serve 
algumas vezes de ritmo para toda linha. O termo de “estação gargalo” é algumas 
vezes utilizado para referir-se à esta estação. Também incluído no tempo do ciclo é 
o tempo de movimentação das partes de uma estação para a próxima no final de 
cada operação. Em várias linhas de produção todas as unidades trabalhadas na 
linha são movimentadas simultaneamente, cada qual para sua próxima estação, 
respectiva. Levando em consideração, o tempo do ciclo da linha de produção é a 
soma do tempo do processamento ou montagem mais demorado mais o tempo de 
transferência das unidades trabalhadas entre estações. Isto pode ser expresso 
como: 
orc MáxTTT 
 Eq. (2.14) 
 
 Tc = tempo do ciclo da linha de produção (minuto/ciclo). 
Tr = tempo de transferência das unidades trabalhadas entre estações a 
cada ciclo (minuto/peça) e 
 MáxTo = tempo de operação na “estação gargalo”. É o máximo dos 
tempos de operação para todas as estações na linha. (minuto/ciclo). 
 
Teoricamente, a taxa de produção pode ser determinada pegando-se a 
recíproca de Tc, como a seguir: 
 
c
c
T
R
60

 Eq. (2.15) 
 
 Rc = taxa de produção ideal ou teórica, ou como já chamamos 
anteriormente, de: taxa do ciclo (ciclo/hora) e 
 Tc = tempo do ciclo ideal, da equação (2.14) (minuto/ciclo). 
 
Linhas de produção são de dois tipos básicos: 
1. Manual e 
2. Automatizadas 
 
 
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29 
 
 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
Na operação de automatização de linhas de produção, outro fator que 
complica é a confiabilidade. Uma baixa confiabilidade reduz o tempo de produção 
disponível na linha automatizada, na qual toda a linha é forçada a parar quando 
há quebra de uma estação. A taxa média de produção atual, Rp, é reduzida para 
um valor que é sempre substancialmente abaixo do Rc ideal dado pela equação 
(2.15). Nós discutiremos confiabilidade e algumas de suas terminologiasna seção 
2.4.3. 
É importante projetar o método de manufatura a ser consistente com o 
ritmo no qual o consumidor está demandando a parte ou o produto, muitas vezes 
referido com “takt time” (uma palavra alemã para cadência ou ritmo1). O “takt 
time” é a recíproca da taxa de demanda, porém ajustado para o tempo de turno 
disponível na fábrica. 
Por exemplo: se 100 unidades trabalhadas são demandadas pelo 
consumidor todo dia e a fábrica opera num turno por dia, com 400 minutos de 
tempo disponível por turno, então, o “takt time” pode ser: 400 min. / 100 unidades 
= 4,0 min./unidade trabalhada. 
 
2.4.2 CAPACIDADE DE PRODUÇÃO 
 
Nós mencionamos a capacidade de produção na nossa discussão das 
capacidades de manufatura (seção 2.3.3). A capacidade de produção é definida 
como a taxa máxima de saída que uma instalação de produção (ou linha de 
produção, centro de trabalho ou grupo de centros de trabalho) é capaz de produzir 
dado um conjunto de condições de operações definidas. A instalação da produção 
normalmente refere-se a uma planta ou fábrica, portanto o termo capacidade da 
planta é comumente utilizado nessa medida. 
Conforme mencionado antes, as condições de operação definidas referem-
se ao número de turnos por dia (1, 2 ou 3), ao número de dias por semana (ou 
mês) que a planta é operada, aos níveis de empregados e assim por diante. 
O número de horas de operação de uma planta por semana é um item 
crítico na definição da capacidade da planta. Para uma produção química contínua 
a planta geralmente opera 24H por dia, 7 dias por semana. Este é o tempo 
máximo disponível (168H/semana) e se a planta operar algumas horas abaixo do 
 
1 Termo utilizado pelo autor. 
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30 
 
 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
máximo, então sua possível capacidade máxima não terá sido utilizada. Medidas 
quantitativas da capacidade da planta podem ser desenvolvidas baseadas no 
modelo da taxa de produção derivada anteriormente no texto. 
Faça PC ser igual a capacidade de produção de uma dada instalação, 
sendo considerada. Deixe a medida da capacidade igual ao número de unidades 
produzidas por semana. Faça n ser igual ao número de máquinas ou centro de 
trabalho na instalação. Um centro de trabalho é um sistema de manufatura na 
planta, tipicamente consistindo de um trabalhador e uma máquina. Ele também 
pode ser uma máquina automatizada sem trabalhador ou então vários 
trabalhadores trabalhando juntos numa linha de produção. Ele é capaz de produzir 
numa taxa Rp (unidades por hora) conforme definido na seção 2.4.1. Cada centro 
de trabalho opera por H horas por turno. A previsão de tempo de setup é incluída 
no Rp, de acordo com a equação 2.11. Faça S ser o número de turnos por 
semana. Estes parâmetros podem ser combinados para calcular-se a capacidade de 
produção da instalação, como: 
pRHSnPC 
 Eq. (2.16) 
 
Onde: PC = capacidade de produção da instalação (unidades 
produzidas/semana); 
n = número de centros de trabalho, produzindo, na instalação e 
S = taxa horária de produção de cada centro de trabalho (unidades 
produzidas/hora). 
 
Mesmo tendo usado a semana como o período de interesse a equação 
(2.16) pode ser facilmente revisada para adotar outros períodos (mês, ano etc.). Da 
mesma forma que nas equações anteriores, nossa hipótese é de que as unidades 
processadas nos grupos de centros de trabalho são homogêneas e, portanto, o 
valor de Rp é o mesmo para todas as unidades produzidas. 
Exemplo 2.3 – Capacidade de produção 
Uma seção de tornos mecânicos possui seis máquinas, todas dedicadas à 
produção da mesma parte (peça). A seção opera 10 turnos por semana. O número 
de horas é em média 8,0H por turno. A taxa média de produção para cada 
máquina é de 17 unidades por hora. Determine a capacidade de produção 
semanal da seção de torneamento. 
Solução, da equação (2.16), temos: 
8160170,8106 PC
 unidades produzidas. 
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31 
 
 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
Se incluirmos a possibilidade de que cada unidade produzida seja 
encaminhada através de no operações, com cada operação exigindo um novo 
setup, tanto na mesma, como numa outra máquina diferente, então a equação da 
capacidade da instalação deve ser completada como mostrado a seguir: 
 
 Eq. (2.17) 
 
no = número de operações distintas, nas quais a unidade produzida é 
“roteada” e os outros termos da equação possuem a mesma denominação, 
conforme a equação anterior (2.16). 
 
A equação (2.17) indica os parâmetros de operação que afetam a 
capacidade da planta. Mudanças que podem ser feitas para aumentar ou diminuir 
a capacidade da planta num curto prazo, são: 
1. Mudança do número de turnos por semana (S). P.ex. um turno no sábado 
pode ser autorizado para temporariamente aumentar a capacidade. 
2. Mudança do número de horas trabalhadas, por turno (H). P.ex., fazer 
“horas extras” adicionais em cada turno regular deve ser autorizado para 
aumentar a produção. 
 
Mas, num prazo maior, as seguintes mudanças podem ser feitas para aumentar a 
capacidade da planta: 
3. Aumentar o número de centros de trabalho (n) no chão de fábrica. Isto 
pode ser feito se há máquinas que estão sem uso, fazendo a contratação de 
novos trabalhadores. Num prazo mais longo, novas máquinas podem ser 
adquiridas 
Diminuir a capacidade é o mais fácil, exceto pelo impacto econômico e 
social que acarreta: os trabalhadores são demitidos e as máquinas 
comissionadas. 
4. Incrementar a taxa de produção, Rp, fazendo melhorias nos métodos ou 
nos processos tecnológicos. 
5. Reduzir o número, no, de operações necessárias por unidade trabalhada 
através do uso combinado de operações, operações simultâneas ou 
integração de operações. 
o
p
n
RHSn
PC


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32 
 
 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
Este modelo de capacidade assume que todas as n máquinas estão 
produzindo 100% do tempo e não há gargalos de operação devido a variações no 
processo de forma a inibir o fluxo suave do trabalho através da planta. 
Numa produção em lote, numa ferramentaria, onde cada produto possui 
uma sequência de operação diferente, fica indesejável de que a distribuição do 
trabalho ao longo dos recursos produtivos (das máquinas) exista um 
balanceamento mais que perfeito. Consequentemente, nelas há algumas operações 
que são utilizadas totalmente enquanto outras operações ocasionalmente ficam em 
espera, aguardando pelo trabalho. Vamos examinar o efeito desta utilização. 
 
 
2.4.3 UTILIZAÇÃO E DISPONIBILIDADE 
 
 
Utilização refere-se à quantidade de saídas de uma instalação produtiva, em 
relação a sua capacidade. Sendo expressa através da seguinte equação: 
 
PC
Q
U 
 
Eq. (2.18) 
 
 U = utilização da instalação; 
 Q = quantidade atual de produção da instalação durante um dado periodo 
de tempo (p.ex., peças/semana) e 
 PC = capacidade de produção para o mesmo período (peças/semana). 
 
Utilização pode ser calculada para uma planta inteira,uma única máquina 
na planta ou qualquer outro recurso produtivo (p.ex., trabalho). Por conveniência, 
ela é normalmente definida como a proporção do tempo que a instalação está 
operando em relação ao tempo disponível pela definição de capacidade. A 
utilização é geralmente expressa como percentual 
Exemplo 2.4 – Utilização 
Uma máquina de produção opera na capacidade máxima 80H/semana (2 
turnos, de 5 dias). Sua taxa de produção é de 20 unidades por hora. Durante certa 
semana, a máquina produziu 1000 partes e ficou “em espera” durante o restante 
do tempo. Determine: 
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33 
 
 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
a. Qual a capacidade de produção da máquina; 
b. Qual foi a utilização da máquina durante a semana considerada. 
 
Solução: 
a. A capacidade da máquina pode ser determinada utilizando-se a 
informação de 80H/semana, como a seguir: 
16002080 PC
 unidades/semana. 
b. A utilização pode ser determinada como a razão do número de 
partes produzidas pela máquina em relação à sua capacidade. 
%5,62625,0
1600
1000
 UU
 
 
Uma forma alternativa de calcular a utilização é pelo tempo durante a 
semana que a máquina foi realmente usada. Para produzir 1000 
unidades, a máquina foi operada, da seguinte forma: 
H
horapeças
peças
U 50
/20
1000

 
Utilização é definida em relação as 80H disponíveis: 
%5,62625,0
80
50
 UU
 
 
Disponibilidade é uma medida comum da confiabilidade, para o 
equipamento. Ela é especialmente apropriada para equipamentos de produção 
automatizados. Disponibilidade é definida usando outros dois termos de 
confiabilidade: 
 MTBF: tempo médio entre falhas (Mean Time Between Failure); 
 MTTR: tempo médio para manutenção (Mean Time To Repair). 
 
O MTBF indica a média do tempo corrido que uma peça do equipamento 
execute (trabalhe) entre as quebras (paradas). O MTTR indica o tempo médio 
necessário para serviço de manutenção do equipamento e sua volta à operação 
quando uma quebra (parada) ocorre. Disponibilidade é definida como a equação a 
seguir: 
 
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34 
 
 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
MTBF
MTTRMTBF
A


 Eq. (2.19) 
 
 A = disponibilidade; 
 MTBF = tempo médio entre falhas (em horas) e 
 MTTR = tempo médio para manutenção (em horas). 
 
A disponibilidade é tipicamente expressa como percentual, quando é uma 
peça de um equipamento novo (e que ainda está sendo depurado) e depois 
quando ela começa a envelhecer a sua disponibilidade tende a ser menor. 
Exemplo 2.5 – Efeito da utilização e da disponibilidade na capacidade da planta 
Considere o exemplo anterior (2.3). Suponha que o mesmo dado daquele 
exemplo seja aplicável, a disponibilidade das máquinas é A = 90% e a utilização 
das máquinas é U = 80%. Com estes dados adicionais, calcule a saída esperada da 
planta. 
 
Solução: 
Da equação (2.16) anterior, que poderá ser alterada para incluir 
disponibilidade e utilização, conforme mostrado a seguir, temos: 
)( pRHSnUAQ 
 Eq. (2.20) 
 
 A = disponibilidade 
 U = utilização 
 
Combinando os dados anteriores (Ex. 2.3) e os atuais, temos que: 
5875)170,8106(80,090,0 Q
 unidades produzidas / semana 
 
 
 
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35 
 
 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
 
2.4.4 TEMPO DO PROCESSAMENTO DA MANUFATURA 
(“LEAD TIME”) 
 
 
No competitivo ambiente moderno de negócios, a habilidade que tem uma 
empresa manufatureira ao entregar um produto para o cliente, no menor espaço 
de tempo possível é sempre quem permite (vencer e) levar o pedido. Este tempo é 
referido como o tempo de resposta (processamento) da manufatura. 
Especificamente, nós definimos esse tempo de resposta da manufatura (MLT, de 
manufacturing lead time) como o tempo total necessário para processar uma dada 
parte ou produto através da planta. Vamos examinar os componentes do MLT. 
Uma produção normalmente consiste de uma série de processamentos 
individuais e operações de montagem. Entre estas operações há a movimentação 
do material, armazenagem (estoque), inspeção e outras atividades “não 
produtivas”. Vamos, então, dividir as atividades de produção em duas categorias 
principais: 
 Elementos operativos e 
 Elementos não-operativos. 
 
Uma operação é realizada numa unidade trabalhada quando ela está numa 
máquina de produção. Os elementos não-operativos incluem a movimentação 
(manuseio), armazenagem (estoque) temporário, inspeção e teste e outras fontes 
de atraso quando a unidade trabalhada não está na máquina. 
Faça Tc igual ao tempo do ciclo de operação para uma dada máquina ou 
estação de trabalho e Tno igual ao tempo de não-operação associado com a mesma 
máquina. Dessa forma, vamos supor que o número de operações separadas 
(máquinas) através das quais a unidade trabalhada deve ser direcionada para ser 
processada completamente seja igual a no. Se assumirmos que é uma produção em 
lote, então há Q unidades trabalhadas no lote. Um setup é normalmente 
necessário para preparar cada máquina da produção para este produto, em 
particular, que requer um tempo igual Tsu. Dados esses termos, podemos definir o 
tempo de processamento (resposta) da manufatura como: 
 
 
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36 
 
 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 



oj
i
nojicjijsujij TTQTMLT
1
)(
 Eq. (2.21) 
 
 MLTj = tempo do processamento da manufatura para a parte ou produto j 
(minuto); 
 Tsuji = tempo de setup para operação i (minuto); 
 Qj = quantidade da parte ou produto j no lote, sendo processado (peça); 
 Tcji = tempo do ciclo de operação para a operação i (minuto/peça); 
 Tnoji = tempo de não-operação associado com a operação i (minuto) e 
 i = indica a sequência de operação no processamento, i = 1, 2, ..., noj. 
 
A equação (2.21) de MLT não inclui o tempo que a parte trabalhada 
“gasta” (consome) no estoque antes dela ser incluída e iniciar na planilha de 
produção. 
Para simplificar e generalizar nosso modelo, vamos assumir que todos os 
tempos de setup, tempos de ciclo de operação e tempos de não-operação são 
iguais para as noj máquinas consideradas. Continuando, vamos supor que a 
quantidade do lote, de todos os produtos ou partes, processados através da planta 
é igual, que eles são todos processados pelo mesmo número de máquinas, então 
temos que noj = no. Com essas simplificações a equação (2.21) torna-se a seguinte: 
)( nocsuo TTQTnMLT 
 Eq. (2.22) 
 
 MLT = tempo médio de processamento da manufatura para um produto 
ou parte dele (minuto). 
 
Numa produção em lote, efetiva, na qual este equacionamento pretende 
representar, os termos no, Q, Tsu, Tc e Tno podem variar por produto e por 
operação. Estas variações podem ser consideradas pelo uso do peso adequado da 
média dos valores dos vários termos. 
 
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37 
 
 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
Exemplo 2.6 – M.L.T. 
Uma parte (peça) é produzida, num lote de 100 unidades. O lote deve ser 
encaminhado através de 5 operações, para estar completo o processamento das 
partes. O tempo médio de setup é de 3H/operação e o tempo médio da operação 
é de seis minutos (0,10H). O tempo médio não-operativo devido ao manuseio 
(movimentação), atrasos, inspeções etc. é de 7H para cada operação. Determine 
quantos dias levará para completar o lote assumindo que a planta opere um turno 
de 8H por dia. 
 
Solução: 
O MLT é calculado da equação (2.22): 
100)710,01003(5 MLT
H 
Trabalhando 8H/dia, temos que 100/8 = 12,5 dias. 
A equação (2.22) pode ser adaptada para produção em massa e produção 
única, numa oficina, através dos ajustes feitos nos parâmetros dos valores. Para 
uma oficina, em que o tamanho do lote é 1 (Q = 1), a equação (2.22), torna-se: 
)( nocsuo TTTnMLT 
 Eq. (2.23) 
 
Para produção em massa, o termo Q na equação (2.22) é muito alto e, 
portanto, dominará todos os outros termos. No caso de produção em massa, em 
altas quantidades, com grande número de unidades produzidas numa única 
máquina (no = 1) a equação para MLT torna-se simplesmente o tempo do ciclo de 
operação para a máquina depois que o setup foi completado e a produção 
começa. 
Para produção em massa sequencial, toda a linha de produção é 
configurada (setup) adiantada. Também, o tempo não-operativo entre os passos de 
processamento é simplesmente o tempo de transferência Tr para mover a parte ou 
o produto de uma estação de trabalho para a próxima. Se as estações de trabalho 
estão integradas de forma que todas as estações estão processando suas 
respectivas unidades trabalhadas, então o tempo para completar todas as 
operações é o tempo que cada trabalho leva para processar cada unidade 
trabalhada, progredindo através de todas as estações na linha de produção. A 
operação com o tempo de operação mais longo ajusta o ritmo de todas as 
estações. 
 
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38 
 
 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
cooro TnMáxTTnMLT  )(
 Eq. (2.24) 
 
MLT = tempo entre o inicio e a conclusão de uma dada unidade 
trabalhada na linha (minuto). 
 no = número de operações na linha; 
 Tr = tempo de transferência (minuto); 
 MáxTo = tempo de operação na “estação gargalo” (minuto) e 
 Tc = tempo do ciclo da linha de produção (minuto/peça). 
 
Uma vez que o número de estações seja igual ao número de operações (n 
= no), a equação (2.24) pode também ser expressa como a seguinte: 
cor TnMáxTTnMLT  )(
 Eq. (2.25) 
 
Onde os termos possuem o mesmo significado que na equação (2.24) 
acima. Somente substituímos n (número de estações de trabalho, ou máquinas) do 
número de operações no. 
 
 
2.4.5 WORK-IN-PROGRESS (“TRABALHO EM ANDAMENTO”) 
 
 
“Trabalho em andamento” (WIP) é a quantidade de partes ou produtos 
atualmente existentes na fabrica que estão, ou sendo processadas, ou estão entre 
as operações de processamento. 
WIP é o inventário do que está no estado de ser transformado de matéria 
prima (produto inacabado) para produto finalizado (produto acabado). 
Uma medida aproximada do WIP pode ser obtida, usando os termos 
anteriores, como apresentado pela equação, a seguir: 
 
 
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39 
 
 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
HS
MLTPCUA
WIP



 Eq. (2.26) 
 
 WIP = trabalho em andamento na instalação (peça); 
 A = disponibilidade; 
 U = utilização; 
 PC = capacidade de produção da instalação (peça/semana); 
 MLT = tempo do processamento da manufatura (semana); 
 S = número de turnos por semana (turnos/semana) e 
 H = número de horas por turno (hora/turno). 
 
A equação (2.26) demonstra que o nível de WIP é equivalente a taxa na 
qual as partes seguem através da fábrica, multiplicado pelo tempo que as partes 
“gastam” (consomem) na fábrica. A unidade para PC/(S.H) (p.ex., peças/semana) 
deve ser consistente com a unidade para MLT (p.ex., semana). 
WIP representa um investimento feito pela empresa, porém é um que não 
poderá transformar-se em faturamento, até que todos os processamentos tenham 
sido completados. 
 
Referência: 
Groover, P. Mikell, “Automation, Production Systems, and CIM”, 
2nd Ed., Prentice Hall. (tradução livre do cap. 2). 
 
 
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40 
 
 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
MATERIAL COMPLEMENTAR 
 
GROOVER, M. P. Automação Industrial e Sistemas de 
Manufatura. São Paulo, 3ª edição, Pearson, 2011. Disponível na 
biblioteca virtual Pearson para alunos da Cruzeiro do Sul em 
http://sites.cruzeirodosulvirtual.com.br/biblioteca/login.php. (acesso 
em junho de 2012). 
 
Referência e sugestão de leitura de dois artigos, disponíveis online na língua 
inglesa: 
Supermarket's Futuristic Outlet (artigo online da revista IEEE Spectrum de abril de 
2004) 
http://spectrum.ieee.org/computing/embedded-systems/supermarkets-futuristic-
outlet 
 
They Know Where You Are (artigo online da revista IEEE Spectrum de 
julho de 2003) 
http://spectrum.ieee.org/consumer-electronics/standards/they-know-where-
you-are 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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41 
 
 Unidade: Fundamentos de Manufatura e Automação 
 
 ANOTAÇÕES 
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